CN100513981C - 机械式装配热交换器及其密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械式装配热交换器及其密封件。本发明的热交换器包括端板，所述端板中穿有以环圈(24)作为边缘的孔以便接纳管子(12)，在每个管子(12)上形成套管(34)的密封件插入所述孔中，所述套管(34)具有内壁(42)和外壁(44)，并且具有延伸超过所述环圈(24)的环形的端部(46)。套管(34)的端部(46)在预装配结构中具有选定形状的超厚度区域(48)。所述超厚度区域(48)被设计为在装配后结构中，在端部区域(46)内的回弹力使套管(34)的内壁(42)压靠在管子(12)上。所述热交换器例如可以用作机动车的热交换器。

Description

机械式装配热交换器及其密封件
技术领域
本发明涉及一种热交换器，尤其是用于机动车的热交换器以及被包含在其中的密封件。
更特别地，本发明涉及一种包括多条管子的热交换器，所述管子穿过翅片并使其端部插入端板中的孔中，同时在所述孔中插入可压缩的密封件。
背景技术
因为为了确保密封件在管子和端板之间提供紧密的接合，最初在密封件的水平高度上在上部扩张管子，然后在管子端部将其扩张以将管子保留在端板中，因此这些热交换器也被称为“机械式装配热交换器”。
已知存在这种类型的热交换器，其中可压缩的密封件形成围绕管子端部的环圈。例如，FR 2,740,869描述了一种具有可压缩的密封件的热交换器，在为了实现密封目的而扩张管子来压缩环圈后，所述可压缩的密封件形成密封。
在现有技术中已经发现密封件在管子上的接触压力是不均匀的，在密封环圈的端部出现环圈相对于管子的扩张，特别是在为实现密封目的而进行扩张之后。
这种类型的热交换器被用作例如机动车发动机的冷却散热器。在这种应用中，扩张致使热交换器的操作环境中包含的有害元素发生渗透和积聚现象。特别是，由于毛细作用腐蚀性盐易于渗入在密封件和管子之间并上升到管子的端部，从而为通过管子的流体产生了泄漏路径。
在另一方面，使用形成围绕管子端部的环圈的密封件就需要为了实现密封目，进行前述的扩张，以保证密封的效果，这就延长了生产周期并且具有促进上述的腐蚀的负面效应。
发明内容
本发明的具体目的是克服上述的缺点。
为了实现这一目的，本发明提出了一种具有端板的热交换器，所述端板中穿有以环圈作为边缘的孔以便接纳管子，在每个管子上形成套管的密封件插入所述孔中，所述套管具有内壁和外壁，并且具有延伸超过所述环圈的环形端部，所述套管的所述端部在预装配结构中具有选定形状的超厚度区域，将所述超厚度区域设计为在装配后的结构中，在端部区域内的回弹力使套管的内壁压靠在管子上。
在热交换器中使用这种密封件就不需要为密封的目的而进行扩张。这是因为套管端部的超厚度区域产生了将密封件压靠在管子上的径向力，这就不需要任何额外的装配操作了。因此，当将管子定位在密封件/端板对上时，超厚度区域就在密封件上产生预加应力。
优选地，在预装配结构中，超厚度区域形成套管的外壁上的突起。有利地，在预装配结构中，超厚度区域形成套管的内壁上的突起。
超厚度区域的这两个特征使得能够形成最适用于本发明这种情况的预加应力的密封件。
优先地，在管子和套管的内壁之间的接触终止的区域，套管的端部具有端面，该端面的切线与管子形成张角，该张角是直角或钝角。
采用具有这种端部的密封件就能够防止有害元素从热交换器的操作环境中渗入。特别是，当热交换器被用作机动车发动机的冷却散热器时，由于在装配后密封件与管子形成的角度使得不存在任何腐蚀性盐能够堆积并接着通过毛细作用上升的间隙，因此防止腐蚀性盐的渗入。
有利地，套管的端部形成具有梯形的横截面的环形边缘，其中所述端面是底边，超厚度区域的内壁表面和外壁表面分别形成两个边。作为变换的形式，张角是钝角并且套管的端部形成具有四边形横截面的环形边缘，其中所述端面、超厚度区域的内壁表面和外壁表面分别形成三个边。
根据本发明采用的这两种类型的端部允许简单可靠地制造用于根据本发明的热交换器的预加应力的密封件。
优选地，密封件的套管悬挂在连接板上，所述连接板被设计为与端板接触放置。借助于在套管中形成凹槽，就能够设置防止毛细作用的空隙。
本发明还涉及预加应力的密封件，例如用于根据本发明的热交换器的密封件。
附图说明
通过下面提供的参考附图的说明性而非限制性的描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的热交换器在被装配后的示意局部横截面图；
图2是在装配根据本发明的热交换器的第一实施例之前，其中使用的预加应力密封件套管的剖视图；
图3是沿图2中的线III-III截取的示意剖面图；
图4是图2中所示的套管在接纳管子之后并且在扩张管子之前的示意局部剖面图；
图5是图2所示套管的一种变形的剖视图；
图6表示图2所示套管的另一种变形；以及
图7表示图2所示套管的另一种变形。
具体实施方式
图1中所示的热交换器10具有由多个椭圆形截面管子12形成的管束，所述管子在单一行中彼此平行地定位。管子12通过多个由彼此平行的大体为矩形的金属板形成的翅片14。热交换器10可以是例如，用于冷却机动车发动机的散热器。
每个管子12具有机械地装配到端板18上的自由端16，其中端板18也被称为“集管”或“孔板”。
端板18具有通常为矩形的连接板20，其限定了多个能够接纳管子的端部16的椭圆形横截面的孔22。每个孔22被从翅片14的一侧调整的环圈24环绕。连接板20借助于周围的沟槽26延伸，沟槽26界定了凹槽并在形成折边压脚的周围凸缘28处结束。
端板18接纳具有连接板32的可压缩密封件30，连接板32被置于端板18的连接板20之上。将连接板32连接到多个套管34上，每个套管34具有轴线XX。将每个套管34插入到孔22之中，以提供管子12的端部16和相应的环圈24之间的密封。此外，密封件30的连接板32在其外周形成卷边(bead)36，卷边36被定位在端板的沟槽26中并且当周围的凸缘28折叠起来时，能够提供与集管箱(未示出)之间的密封。
通过管子上部的扩张，即公知的保持扩张，一旦管子12的端部16被接纳在套管34中，就将管子12机械地装配到端板18上。管子12的剩余部分具有不变的横截面。
图2表示在装配根据本发明的热交换器的优选实施例之前，其中使用的密封件套管的剖视图。有利地，密封件是由弹性体材料，例如天然橡胶或合成橡胶制成的。
套管34具有将接纳管子12的开口40，开口40由内壁42以及相应于套管34的外表面的外壁44界定。
参照图3所示，套管34具有大体椭圆形状，其特征是长轴ZZ和短轴YY彼此垂直并垂直于轴线XX。
在下部，套管34具有大体环形的端部46。端部46具有在外壁44上的向外的超厚度区域48和内壁42上的向内的超厚度区域50。端部46还具有形成套管34的端部的端面52。
因此端部46形成具有大体梯形横截面的环形边缘。梯形的底边是由端面52形成的。向外的超厚度区域48的外部边缘54和超厚度区域50的内部边缘56分别形成梯形的两边。
当装配热交换器10时，最初将密封件30放置在端板18上，这样套管34就通过孔22。套管34被设计成使密封件30处于适当的位置时，端部46延伸超过环圈24。
在第二步骤中，每个管子12被插入到与其相应的套管的开口40中。通过管子12的保持扩张将管子12保持在适当的位置，其中的保持扩张是借助于在端部16使用通常被称为“扩口冲头”的扩口工具形成的。
图4表示在插入管子12之后并且在形成保持扩张之前，在套管34的位置上的热交换器10的局部剖面示意图。
参照该图所示，套管34通过孔22并在开口40中接纳管子12。与管子12的直径相同的冲头有助于管子12的通过以便它们在套管34中定位。因此，管子12的直径稍微大于开口40的直径，这就使得套管34紧靠着管子12。
更加准确地是，管子12的直径大于开口40的直径的事实在套管34中，在开口40内部的箭头F表示的方向上产生径向弹性力。在端部46的区域内，向外的超厚度区域48使该弹性力各处相同并被增强，其中超厚度区域48将局部地增加套管34的刚度。向内的超厚度区域50被管子12压缩的事实也增加了该弹性力。此外，参照图4所示，在环圈24和端部46之间可能存在间隙。
端面52与轴线XX垂直，所述轴线XX也是管子12的轴线，因此端面52的切线Δ1与轴线XX所形成的角度α1是直角。因此，套管34压靠在管子12上，因为完全消除了套管34和管子12之间的空隙，因此元素不会借助于毛细作用从热交换器的操作环境中渗入。
例如当将热交换器用作机动车发动机的冷却散热器时，在根据本发明的热交换器中采用利用上述套管的密封件，就能够防止腐蚀性盐的渗入。而且，因为径向力提供了密封就不再需要进行密封扩张，因此简化了这种热交换器的制造。
图5表示图2中套管的变形。由于两者的相似性和简单性，这里仅描述不同的组件，并将这些组件的附图标记增加100。
在该变形中，套管134具有大体环形的端部146。通过端部146的向外的超厚度区域148和向内的超厚度区域150来区分端部146。在这种情况下，由端部146形成的环形边缘的横截面具有任意的四边形形状。端部152形成第一边，而向外的超厚度区域148的边缘154和向内的超厚度区域150的边缘156分别形成该四边形的两个其它的边。
端面152的切线Δ2与轴线XX形成钝角α2。这就具有当将管子12安装在开口40中时，腐蚀性盐更不可能借助于毛细作用上升的好处。
图6表示图2的套管的另一种变形。在这种情况下，在图2中套管的内壁42中，在开口40中形成凹槽200。
因此凹槽200的形状为椭圆形，与套管34的形状相同，凹槽200产生的间隔阻止了套管34和管子12之间的物质借助于毛细作用的任何上升。
图7表示图2的套管的另一种变形。在这种情况下，套管234的内壁242具有相对于轴线XX倾斜的不变的轮廓。向内的超厚度区域250由套管234的端部246处的内壁242部分组成。能够对上述的变形进行结合，以用于所属领域技术人员认为合适的任何材料类型的密封件。
本发明不限于上面举例描述的实施例，而是可以包括所属领域技术人员可以想到的任何变形。

Claims (22)

1.一种具有端板(18)的热交换器，所述端板(18)中穿有以环圈(24)作为边缘的孔(22)以便接纳管子(12)，在每个管子(12)上形成套管(34；134)的密封件(30)插入所述孔中，所述套管(34；134)具有内壁(42)和外壁(44)，并且具有延伸超过所述环圈(24)的环形的端部(46；146)，其特征在于所述套管(34；134)的所述端部(46；146)在预装配结构中具有选定形状的超厚度区域(48，50；148，150)，所述超厚度区域(48，50；148，150)被设计为在装配后的结构中，在端部区域(46；146)内的回弹力使套管(34；134)的内壁(42)压靠在管子(12)上。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述超厚度区域在所述预装配结构中在所述套管(34；134)的所述外壁(44；144)上形成突起(48；148)。
3.如权利要求1和2中任一项所述的热交换器，其特征在于所述超厚度区域在所述预装配结构中在所述套管(34；134)的所述内壁(42；142)上形成突起(50；150)。
4.如权利要求1和2中任一项所述的热交换器，其特征在于所述内壁(242)具有不变的轮廓并且关于所述套管的轴线(XX)倾斜。
5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述套管(34；134)的所述端部(46；146)在所述管子(12)和所述套管(34；134)的所述内壁之间的接触结束的区域内具有端面(52；152)；并且所述端面(52；152)的切线(Δ1；Δ2)与所述管子形成张角(α1；α2)，所述张角(α1；α2)是直角或钝角。
6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于所述套管(34)的所述端部形成具有梯形横截面的环形边缘，在该梯形中，所述端面(52)是底边，所述超厚度区域(46，48)内的所述内壁(42)的表面(56)和所述外壁(44)的表面(54)分别形成两个边。
7.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于所述张角(α2)是钝角，所述套管(134)的所述端部形成具有四边形横截面的环形边缘，在该四边形中，所述端面(152)、所述超厚度(146，148)区域内的所述内壁(142)的表面(156)和所述外壁(144)的表面(154)分别形成三个边。
8.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于在所述环圈(24)的位置处，在所述套管(34)的所述内壁(42)中形成至少一个环形凹槽(200)。
9.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述密封件(30)的所述套管(34；134)从被设计为与所述端板(18)接触设置的连接板(32)悬挂下来。
10.如权利要求9所述的热交换器，其特征在于被设计为被接纳在所述端板(18)的一沟槽(26)中的卷边(36)围绕所述连接板(32)。
11.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述管子(12)具有卵形或椭圆形的横截面。
12.如权利要求11所述的热交换器，其特征在于所述管子(12)在位于所述端板(18)中的容纳所述套管(34；134)的所述孔(22)外部的区域中具有不变的横截面，以及所述管子(12)的其余部分具有扩张的横截面。
13.一种密封件，用于前面权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于所述密封件具有多个套管(34；134)，每个套管(34；134)具有内壁(42；142)和外壁(44；144)，所述套管(34；134)还具有包括选定形状的超厚度区域(48，50；148，150)的环形端部(46；146)，所述超厚度区域(48，50；148，150)被设计为使所述套管(34；134)的所述内壁(42；142)压靠在管子(12)上，所述密封件可以借助于所述端部区域(46；146)中的回弹力接纳所述管子(12)。
14.如权利要求13所述的密封件，其特征在于所述超厚度区域(48；148)在所述套管(34；134)的所述外壁(44；144)上形成突起。
15.如权利要求13和14中之一所述的密封件，其特征在于所述超厚度区域(50；150)在所述套管(34；134)的所述内壁(42；142)上形成突起。
16.如权利要求13和14中之一所述的密封件，其特征在于所述内壁(242)具有不变的轮廓，并且相对于所述套管的轴线(XX)倾斜。
17.如权利要求13所述的密封件，其特征在于所述套管(34；134)的所述端部(46；146)具有端面(52；152)，并且所述端面(52；152)的切线(Δ1；Δ2)与所述套管(34；134)的轴线(XX)形成张角(α1；α2)，所述张角(α1；α2)是直角或钝角。
18.如权利要求17所述的密封件，其特征在于所述套管(34)的所述端部形成具有梯形横截面的环形边缘，在该梯形中，所述端面(52)是底边，所述超厚度(48，50；148，150)区域内的所述内壁(42；142)的表面(56)和所述外壁(44)的表面(54)分别形成两个边。
19.如权利要求17所述的密封件，其特征在于所述张角(α2)是钝角，所述套管(134)的所述端部(146)形成具有四边形横截面的环形边缘，在该四边形中，所述端面(152)、所述超厚度区域(48，50；148，150)内的所述内壁(42；142)的表面(156)和所述外壁(144)的表面(154)分别形成三个边。
20.如权利要求13所述的密封件，其特征在于在所述套管(34；134)的所述内壁(42；142)中形成至少一个环形凹槽(200)。
21.如权利要求13所述的密封件，其特征在于所述密封件(30)的所述套管(34；134)从被设计为与前面所述权利要求中任一项所述的热交换器(10)的端板(18)接触放置的连接板(32)处悬挂下来。
22.如权利要求21所述的热交换器，其特征在于被设计为被接纳在所述端板(18)的一沟槽(26)中的卷边(36)围绕所述连接板(32)。
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